高寒高海拔地区冬季混凝土骨料加热技术研究

2021-04-12

智能城市 2021年1期

（中国水利水电第十一工程局有限公司，河南郑州 450000）

施工中最基础的材料是混凝土，混凝土的质量将直接影响工程的整体质量和效果，会影响后续工作的进程，因此，混凝土的高效生产和有效利用可提高工程的稳定性与安全性[1]。高寒高海拔地区的冬季混凝土施工，尤其是混凝土骨料加热作业，受外部气温条件影响，温度应力作用明显。施工企业应采取一些措施，解决该地区冬季混凝土施工中存在的问题。

1 高寒高海拔地区冬季混凝土施工存在的问题

（1）质量要求较高。

由于高寒高海拔地区的气候普遍较为寒冷、干燥，阳光覆盖率较高，温差较大，对混凝土的坚固性和耐寒性要求较高[2]。高寒高海拔地区的施工作业存在危险滞后性的特点，可能在施工完成后一段时间发生严重的质量问题，增加工程后期的修护和管理成本。出现上述问题是高寒高海拔地区在施工时与施工后，气候条件发生变化导致的。由此可见，高寒高海拔地区对混凝土的质量要求较高，应从工程建设之初便保证混凝土质量，保证施工工程的整体质量。

（2）温度条件差。

高寒高海拔地区温度条件较差，混凝土结构内外温差较大，易导致开裂、收缩等现象[3]。应生产质量良好的混凝土，施工人员对浇筑仓面内进行保温养护，需要混凝土具备一定出机口温度和入仓温度。在高寒高海拔地区的冬季，经过一般搅拌的混凝土，温度均无法达到入仓温度不低于5 ℃的要求[4]。在混凝土生产过程中，需要对混凝土施行加热措施，保证出机口温度满足规范施工要求。

（3）传统混凝土加热方式不适合高寒高海拔地区。

在实际生产中，施工人员须加热混凝土、骨料，提高骨料温度，由于冬季高寒高海拔地区最低气温可能达到-20 ℃以下，导致该地区混凝土作业不能采用传统加热方式，传统加热方式仅适用于室外日平均气温在-1～5 ℃时。骨料尚未冻结时，采用热水拌和的方法提高混凝土拌和温度，满足冬季混凝土温度要求。该地区热水不易获取，易在拌和中发生急速降温情况，导致拌和不成功、影响使用等问题。

（4）施工难度大。

艰苦的气候条件和混凝土加工流程的增加，使高寒高海拔的地区作业的施工人员工作任务变多、难度加大，相同的工作内容在高寒高海拔地区产生的效果不同。对施工人员的技术水平和相关专业知识提出了一定的要求[5]，从各个角度分析，高寒高海拔地区冬季混凝土施工的难度均较大。

2 高寒高海拔地区冬季混凝土加热研究的必要性

随着我国经济的发展和社会的进步，相关部门高度重视高寒高海拔地区的经济发展状况和基础设施建设，未来该地区的工程开发项目会逐渐增多。因此，以该地区的施工特色为参考，进行相应的施工研究是建筑领域研究人员不可回避的课题。工程的建设将带动该地区的电力工程、企业生产、居民生活等各方面的发展，工程建设水平的提高可加速这一进程[6]。

2013年，水电局在部党组的正确领导下，认真贯彻落实党的十八大和十八届三中全会精神，按照中央加快水利改革发展决定提出的“大力发展农村水电”，“在保护生态和农民利益前提下，加快水能资源开发利用”的要求，积极转变发展方式，全力推进民生水电、平安水电、绿色水电、和谐水电建设，中央投资30.8亿元，比2012年增加了108%，协调国家农发行出台了农村水电信贷支持政策，全年完成投资240亿元，新增装机200多万kW，总装机超过6 800万kW，年发电量2 000多亿kWh，很好地完成了各项工作任务。

由于高寒高海拔地区冬季混凝土施工，制约项目目标的实现和施工质量的提高。因此，混凝土骨料加热技术水平的提高，有利于在实际生产施工过程中，解决冬季混凝土生产施工的难题。可对骨料加热效果、能力消耗、骨料温度随外界气温变化的关系等进行统计总结，推动相关领域前沿科技的发展，为高寒高海拔地区的工程建设保存施工的经验和数据，提供可靠的技术支持。对企业而言，可加强企业竞争力，使企业在专业领域获得经验，该研究有很好的发展和应用前景，会创造可观的经济效益。

3 高寒高海拔地区冬季混凝土骨料加热技术关键点分析

通过对现有的混凝土骨料加热措施进行深入研究，分析了骨料加热效果和温度变化的关系，对预热强度、耗能量等问题进行了研究。采用实际生产中收集的数据进行分析和检测，经过反复试验，总结得出一些加热技术的关键点。

（1）加热设备和加工工艺的选择。

根据招标文件要求和初步能量转换计算，决定采用6 t蒸汽锅炉为预热系统提供热源，其中，粗骨料采用暖风机形成热风进行热交换，砂采用蒸汽排管进行热交换[7]。在加工工艺的选择上，首先，结合冬季施工完成30台风机基础混凝土浇筑计划，计算所需砂石骨料总量，提前采购并储存于拌和系统场区内，用三防保温篷布覆盖保温；其次，增设了骨料堆存棚，堆存棚采用“轻钢结构+保温彩板”封闭，堆存容量不小于5 000 m³；再次，增设了骨料预热料仓，在预热料仓内采用热风和蒸汽管进行骨料加热。经过室外覆盖保温堆存和骨料堆存棚内堆存，提高砂石骨料初始温度。在加热过程中，使砂石骨料的温升值降低，以降低加热砂石骨料所需消耗的能量，降低方案成本，使其在经济上可行。

（2）系统建安施工。

结合拌和站建安施工，预热系统主要涉及锅炉及其辅助设施基础施工、设备安装、管道安装等施工内容，预热系统随拌和站一同建设，拌和站具备投产条件时，可对砂石骨料进行加热，生产预热混凝土。

（3）关键技术操作方法。

骨料大棚保温技术：骨料堆场设计安装骨料堆存棚，堆存棚四周采用保温板进行全封闭，顶部采用透明专用采光材料满足骨料棚内光线和太阳直射，提升温度防止骨料冻结[8]。

供热系统设置：安装专用燃油蒸汽锅炉系统，进行拌和用水加热，骨料仓供暖加热，改变传统的燃煤锅炉，减小对环境的污染，提高加热效果。该系统为2台3 t锅炉，在料仓内安装温度传感器，可根据骨料温度调节设置自动交替运行启动，节约运行成本。

骨料仓加热方法：将骨料仓安装在骨料堆存棚内，在骨料仓内安装多层暖蒸气排管，通过锅炉供热加热，在粗骨料仓侧面安装暖风机，对骨料仓内进行吹暖风加热；可采用风机与暖气蒸汽道连通进行吹风工作，提升暖蒸管道内快速循环，加快热气扩散速度。

骨料保温设置：骨料上料传送皮带安装保温桁架，桁架四周采用全封闭保温材料，桁架内采用暖风机对其内部送风，保证骨料传送过程中温度减少损失。

拌和间与拌和机保温设置：拌和间内设暖气管道提高环境温度，拌和机采用橡塑海绵进行保温。

出风口保温设置：在出机口处安装暖风机，混凝土拌和好后向运输罐车内卸料时，开启暖风机吹热风，防止卸料时混凝土温度损失过快。